CN102901106B - 流化床焚烧炉飞灰处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流化床焚烧炉飞灰处理装置，包括旋风分离器、飞灰输送系统、鼓泡流化床装置和移动床冷灰器，旋风分离器设置在流化床焚烧炉和尾部烟道之间，同时通过飞灰输送系统与鼓泡流化床装置连通，移动床冷灰器与鼓泡流化床装置连通，移动床冷灰器内还设置有埋管换热器，埋管换热器的输入端连接流化床焚烧炉给水泵，输出端连接流化床焚烧炉省煤器。本发明有效地在污染物富集到飞灰表面之前将飞灰捕捉，且可有效吸收飞灰的显热。使得飞灰的排放量和处理成本大幅减少，减轻了流化床焚烧炉尾部受热面的积灰、磨损和腐蚀，实现了飞灰的资源化利用，弥补了传统方法增容大、成本高的缺陷，有效利用了飞灰显热，提高了系统的热经济性。

Description

流化床焚烧炉飞灰处理装置

技术领域

本发明涉及一种污泥及垃圾流化床焚烧炉飞灰的处理装置，属于固废焚烧技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，我国城市垃圾和污泥的产生量分别以每年8%~10%、甚至是10%以上的速度递增。如何合理、有效地处理城市污泥和垃圾已成为一个亟待解决的环保问题。目前，城市污泥主要采用填埋、堆肥和焚烧三种方式进行处理，而城市垃圾的处理方法则主要有填埋和焚烧两种。其中，焚烧法可使污泥和垃圾减容90%，减量75%，与其它处理方法相比，能更好地达到污泥和垃圾处理的减容化、资源化和无害化的治理目标，因此正逐渐成为城市污泥垃圾处理的主流方法。目前，焚烧污泥和垃圾采用的主要炉型有回转窑焚烧炉、炉排炉、流化床焚烧炉等。由于流化床焚烧炉的焚烧效率高，处理能力大，运行过程中故障较少，且易于实现对有害气体的控制，因而，通常认为流化床焚烧炉比较适合污泥和垃圾的焚烧。然而，其缺点是在运行时会产生约占焚烧总量15%~20%的飞灰。焚烧飞灰是国家标准（GB18485-2001）规定的危险废弃物，其中富含重金属、二噁英、溶解盐等污染物，对生态环境和人体健康具有潜在的危害性。同时，飞灰还会使流化床焚烧炉的尾部受热面发生积灰、磨损和腐蚀，影响焚烧炉的正常运行。因此，如何安全有效地处置焚烧飞灰就成为了急需解决的环境和社会问题。

飞灰中的重金属和二噁英等污染物主要是在焚烧炉的尾部烟道中形成的。当烟气从温度较高的炉膛进入温度较低的尾部烟道（400℃~ 500℃）时, 急剧的冷却使重金属从烟气中冷凝出来，并通过均匀核化作用和异相沉积作用富集在飞灰上。与之类似，二噁英也是在尾部烟道中通过二次合成和气相前驱物低温催化反应沉积到飞灰上的。由此可以推断，温度是决定飞灰上污染物富集浓度大小的关键因素。

目前针对焚烧炉飞灰的处置方法主要分为飞灰减排和飞灰稳定化处理两种技术。

飞灰减排技术主要是在尾部烟道中安装飞灰捕获装置，将飞灰分离下来后，回送至焚烧炉继续燃烧。典型的方法如中国专利“一种飞灰回收装置”（专利号：200910312183.X）提出的飞灰收集装置。该装置通过布置在过滤罐、中和罐和除尘罐底部的收集管收集飞灰，并将其回送至焚烧炉内，从而有效减少飞灰的排放量，同时使飞灰中的可燃物完全燃烧。但是该方法并不适用于流化床焚烧炉，因为回送至流化床内的飞灰会在流化风的作用下重新被吹入烟道，无法达到飞灰减量化的目的。

飞灰稳定化处理技术是通过物理化学手段，使飞灰中的重金属及其他污染组分呈化学惰性或被包覆起来, 以便运输和处置, 以降低飞灰毒性, 减小污染物到生态圈的迁移率，主要包括水泥固化法、熔融固化法和药剂固化法三种。

水泥固化法是指将水泥与飞灰混合，经水合反应后形成稳固的水泥固化体，并将重金属等污染物包裹其中。该方法的主要优点是设备简单、操作方便、成本低廉，但处理后固化体增容比较大，水泥耗费量大，易产生CO₂等二次污染物，固化体强度易受飞灰中氯化物的影响，而且飞灰中的二噁英依然存在，给后续处理带来困难；

熔融固化法是将飞灰在高温（通常1300-1500℃）下熔融，其中的重金属被固定于玻璃体的致密结构中，二噁英等有机污染物裂解为CO、H2等小分子物质，处理后的熔渣可以作为建筑材料使用。该技术具有减容率高、二噁英分解效率高、重金属浸出量低等优点。缺点是耗能高，同时高温会使一些重金属挥发，增加了后续烟气处理的难度和成本，因此只能在经济发达的国家使用；

药剂固化法具体是指利用化学药剂使飞灰中的重金属发生沉淀、螯合和絮凝，从而降低飞灰中重金属浸出毒性和迁移的可能性。这种方法的优点是无害化、增容少、处理成本比高温处理技术低廉。缺点是由于焚烧飞灰组成的多样性，很难找到一种普遍适用的化学稳定剂，而且该方法对二噁英的处理效果有限。

近年来得到快速发展的飞灰处理方法是将上述技术有机结合，使各种技术的缺点得到弥补。例如中国专利“一种资源化利用城市垃圾飞灰的方法”（专利号：200510026152.X），提出了将水泥固化法与高温烧结法结合，达到飞灰资源化利用的目的。但此方法成本较高，制成的水泥熟料的强度可能会受到飞灰中氯化物的影响。迄今为止，未见到既能够减少飞灰排放量，同时又能降低污染物的富集浓度，从而达到飞灰资源化利用的技术的相关报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种减少污泥和垃圾流化床焚烧炉高污染低温飞灰的排放量，降低污染物在高温分离飞灰上的富集浓度，同时有效利用高温分离飞灰热量的流化床焚烧炉飞灰处理装置。

技术方案：一种流化床焚烧炉飞灰处理装置，包括旋风分离器、飞灰输送系统、鼓泡流化床装置和移动床冷灰器，所述的旋风分离器设置在流化床焚烧炉和尾部烟道之间，且所述的旋风分离器同时通过飞灰输送系统与鼓泡流化床装置连通，而所述的移动床冷灰器则通过设置在鼓泡流化床装置侧部的溢流口与鼓泡流化床装置连通，且所述的移动床冷灰器内还设置有埋管换热器，且所述的埋管换热器的输入端连接流化床焚烧炉的给水泵，输出端连接流化床焚烧炉的省煤器。

进一步，所述的流化床焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉或循环流化床焚烧炉。

其中，所述的流化床焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉时，所述的旋风分离器设置在鼓泡流化床焚烧炉的炉膛出口。而当所述的流化床焚烧炉为循环流化床焚烧炉时，所述的旋风分离器设置在循环流化床焚烧炉旋风分离器的出口。

更进一步，所述的鼓泡流化床装置的上部为稀相区，下部为密相区，且所述的稀相区的截面面积大于密相区的截面面积，即形成“上宽下窄”的结构，且所述的鼓泡流化床装置的流化数为1.1-1.5，可以更有效地减少逃逸的飞灰量。

此外，所述的鼓泡流化床装置的床温大于900℃，为了进一步保证鼓泡流化床装置的床温，本发明还包括一螺旋给煤机，所述的螺旋给煤机与鼓泡流化床装置的下部连接，且所述的螺旋给煤机内的燃料为直径为0.5mm的细煤粉，以细煤粉为补充燃料，通过螺旋给煤机加入鼓泡流化床装置内进行燃烧，以维持鼓泡流化床装置的900℃的床温，避免污染物向细灰表面富集，而如果进入鼓泡流化床装置的飞灰的温度已超过900℃，则停止向鼓泡流化床装置加入细煤。

另外，为了有效处理床料结焦结渣等紧急情况，所述的鼓泡流化床装置和移动床冷灰器的底部均设置有排渣装置，可通过排渣装置将床料放出，保证系统的安全、稳定运行。

进一步，所述的埋管换热器的输入端与流化床焚烧炉的给水泵之间还设置有流量调节装置，其中，埋管换热器的吸热介质来自流化床焚烧炉的给水泵，即在给水泵与省煤器的连接水路上设置旁路，部分冷水由旁路经流量调节装置送入埋管换热器内，冷水在埋管换热器内吸热升温后再送入流化床焚烧炉的省煤器内，这样可有效利用飞灰的热量，进一步提高系统的经济性。

有益效果：本发明相对于现有技术而言，与流化床焚烧炉系统形成一整体，能够有效地在污染物富集到飞灰表面之前将飞灰捕捉，且在移动床中布置埋管换热器，可有效吸收飞灰的显热。使得富集大量污染物的尾部低温飞灰的排放量大幅减少，使飞灰的处理成本大幅减少，有效减轻了流化床焚烧炉尾部受热面的积灰、磨损和腐蚀，不但实现了飞灰的资源化利用，弥补了传统飞灰处理方法增容大、成本高的缺陷，而且有效利用了飞灰显热，提高了系统的热经济性。

附图说明

图1为本发明所述的鼓泡流化床焚烧炉的飞灰处理装置的结构示意图；

图2为本发明所述的循环流化床焚烧炉的飞灰处理装置的结构示意图。

图中主要附图标记含义为：

1、旋风分离器         2、飞灰输送系统      3、鼓泡流化床装置

4、螺旋给煤机         5、移动床冷灰器      6、埋管换热器

7、省煤器             8、排渣装置          9、循环流化床焚烧炉

10、鼓泡流化床焚烧炉  11、循环流化床焚烧炉旋风分离器

12、给水泵            13、空气预热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：图1为本发明所述的鼓泡流化床焚烧炉的飞灰处理装置的结构示意图。

如图1所示：针对某厂的鼓泡流化床焚烧炉（焚烧垃圾）的飞灰处理装置，包括旋风分离器1（高温高效的旋风分离器）、飞灰输送系统2、鼓泡流化床装置3和移动床冷灰器5，所述的旋风分离器1设置在鼓泡流化床焚烧炉10和尾部烟道之间，具体为：所述的旋风分离器1设置在鼓泡流化床焚烧炉10的炉膛出口，此外，所述的旋风分离器1同时通过飞灰输送系统2与鼓泡流化床装置3连通，而所述的移动床冷灰器5则通过设置在鼓泡流化床装置3侧部的溢流口与鼓泡流化床装置3连通，所述的移动床冷灰器5内还设置有埋管换热器6，且所述的埋管换热器6的输入端连接鼓泡流化床焚烧炉9的给水泵12，输出端则连接鼓泡流化床焚烧炉9的省煤器7，而在省煤器7的下部还设置有空气预热器13。

此外，在本是实施例中，还包括一螺旋给煤机4，所述的螺旋给煤机4与鼓泡流化床装置3的下部连接，且所述的螺旋给煤机4内的燃料为直径为0.5mm的细煤粉，而所述的鼓泡流化床装置3和移动床冷灰器5的底部还均设置有排渣装置8。

为了能够有效地减少逃逸的飞灰量，鼓泡流化床装置3的上部为稀相区，下部为密相区，且所述的稀相区的截面面积大于密相区的截面面积，即形成“上宽下窄”的结构，同时通过控制鼓泡流化床装置3的流化数为1.1-1.5，以实现减少逃逸的飞灰量的最佳效果。

利用本实施例所述的飞灰处理装置进行鼓泡流化床焚烧炉的飞灰处理的过程为：

鼓泡流化床焚烧炉处理垃圾时产生的烟气裹挟着细灰进入高温高效的旋风分离器1中，烟气中大部分的细灰在高温状态下被分离出来，避免了污染物在低温的尾部烟道区向飞灰表面的富集。分离下来的细灰经飞灰输送系统2，进入小型的鼓泡流化床装置3中。烟气及剩余的少量飞灰进入到尾部烟道中。

由于分离下来的细灰已富集了少量污染物，而且随细灰进入鼓泡流化床装置3内的少量烟气中包含的二噁英气体和重金属蒸汽，有向飞灰表面沉积的可能性，因此选用直径约为0.5mm的细煤粉作为补充燃料，通过螺旋给煤机4加入鼓泡流化床装置3内进行燃烧，以维持900℃的床温，避免污染物向细灰表面富集。如果进入鼓泡流化床装置3的飞灰的温度已超过900℃，则停止向鼓泡流化床装置3加入细煤，同时鼓泡流化床装置3“上宽下窄”的结构特性配合控制以低流化数1.1-1.5，能够有效减少逃逸的飞灰量。而鼓泡流化床装置3内的床料经设置在侧部的溢流口流入移动床冷灰器5中，溢流口安装阀门，可根据鼓泡流化床装置3和移动床冷灰器5的运行状态改变溢流物料量。在移动床冷灰器5中布置埋管换热器6，埋管换热器6内的吸热介质来自鼓泡流化床焚烧炉10的给水泵12。在给水泵12与省煤器7的连接水路上设置旁路，部分冷水由旁路经流量调节装置送入埋管换热器6内，冷水在埋管换热器6内吸热升温后再送入鼓泡流化床焚烧炉10的省煤器7内。这样可有效利用飞灰的热量，进一步提高系统的经济性。而如果遇到床料结焦结渣等紧急情况，可通过安装在鼓泡流化床装置3和移动床冷灰器5底部的排渣装置8将床料放出，保证系统的安全、稳定运行。

实施例2：图2为本发明所述的循环流化床焚烧炉的飞灰处理装置的结构示意图。

如图2所示：针对某电厂75t/h循环流化床焚烧炉9的飞灰处理装置的结构与鼓泡流化床焚烧炉10的飞灰处理装置基本相同，不同之处在于：当所述的流化床焚烧炉为循环流化床焚烧炉9时，所述的旋风分离器1设置在循环流化床焚烧炉旋风分离器11的出口。由于其他结构完全一致，因此，不再详述。

此外，本实施例所述的循环流化床焚烧炉9的飞灰处理过程与实施例1所述的鼓泡流化床焚烧炉10的飞灰处理过程也基本相同，不同之处在于：循环流化床焚烧炉9处理垃圾时产生的烟气裹挟着细灰通过循环流化床焚烧炉旋风分离器11后再进入高温高效的旋风分离器1中。其他过程与实施例1所述的鼓泡流化床焚烧炉10的飞灰处理过程完全相同，因此也不再详述。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，包括旋风分离器、飞灰输送系统、鼓泡流化床装置和移动床冷灰器，所述的旋风分离器设置在流化床焚烧炉和尾部烟道之间，且所述的旋风分离器同时通过飞灰输送系统与鼓泡流化床装置连通，而所述的移动床冷灰器则通过设置在鼓泡流化床装置侧部的溢流口与鼓泡流化床装置连通，且所述的移动床冷灰器内还设置有埋管换热器，且所述的埋管换热器的输入端连接流化床焚烧炉的给水泵，输出端连接流化床焚烧炉的省煤器；

所述的鼓泡流化床装置的上部为稀相区，下部为密相区，且所述的稀相区的截面面积大于密相区的截面面积；

所述的鼓泡流化床装置的床温大于900℃。

2.根据权利要求1所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的流化床焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉或循环流化床焚烧炉。

3.根据权利要求2所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的旋风分离器设置在鼓泡流化床焚烧炉的炉膛出口。

4.根据权利要求2所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的旋风分离器设置在循环流化床焚烧炉旋风分离器的出口。

5.根据权利要求1所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的鼓泡流化床装置的流化数为1.1-1.5。

6.根据权利要求1所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，还包括一螺旋给煤机，所述的螺旋给煤机与鼓泡流化床装置的下部连接，且所述的螺旋给煤机内的燃料为直径为0.5mm的细煤粉。

7.根据权利要求1所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的鼓泡流化床装置和移动床冷灰器的底部均设置有排渣装置。

8.根据权利要求1所述的流化床焚烧炉飞灰处理装置，其特征在于，所述的埋管换热器的输入端与流化床焚烧炉的给水泵之间还设置有流量调节装置。